НИКИФОРОВ
Владимир Олегович
д.т.н., профессор
doi: 10.17586/2226-1494-2015-15-1-163-165
УДК 004.942, 001.891.57
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СТЕПЕНИ ОКСИГЕНАЦИИ КРОВИ НА СИГНАЛ ОБРАТНОГО РАССЕЯНИЯ ИЗЛУЧЕНИЯ ПРИ ПОМОЩИ ЧИСЛЕННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
Читать статью полностью
Ссылка для цитирования: Козырева О.Д., Пушкарева А.Е., Шалобаев Е.В., Биро И. Исследование влияния степени оксигенации крови на сигнал обратного рассеяния излучения при помощи численного моделирования // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2015. Том 15. № 1. С. 163–165
Аннотация
Ключевую роль в измерении степени оксигенации крови играет зависимость измеряемого сигнала от длины волны, на которой проводятся измерения. В данной работе приводится исследование зависимости сигнала диффузно рассеянного излучения от степени насыщения крови кислородом в диапазоне длин волн 590–860 нм. На основе ранее проведенных исследований с использованием метода Монте-Карло получена спектральная характеристика обратно рассеянного сигнала для разных степеней оксигенации крови. В такой модели фотон характеризуется координатами и весом. Размер, шаг и направление движения фотона из исходной точки определяются на каждом шаге и задаются при помощи случайных чисел. На каждом шаге фотон теряет часть веса вследствие поглощения. Также учтено ослабление веса фотона за счет отражения Френеля и эффекта полного внутреннего отражения на границе пересечения двух сред (воздух и кровь). Показано, что оптимальный диапазон длин волн, который может использоваться в оксиметрах для точного неконтактного измерения степени оксигенации крови с использованием эффекта обратного рассеянного излучения, составляет 650–750 нм. Адекватность предлагаемой модели проверена путем сравнения расчетной зависимости с экспериментальными результатами, полученными с использованием двойной интегральной сферы. Наибольший относительный сигнал обратно рассеянного излучения (0,17–0,21) регистрируется на длине волны 700 нм.
Список литературы
1. Shalobaev E.V., Yurkova G.N., Monahov Yu.S., Efimenko V.T., Efimenko A.V., Korndorf S.F., Dunaev A.V. Problems of creation of biological feedback and it’s application in the medical scanning equipment // Izvestiya Orlovskogo Gosudarstvennogo Tekhnicheskogo Universiteta. Seriya: Mashinostroenie. Priborostroenie. 2003. N 4. P. 92–97. (in Russian)
2. ARMED company. Available at: http://www.armed.ru/catalog/581/2610/ (accessed 22.07.2014).
3. Dunaev A.V., Evstigneev A.R., Shalobaev E.V. Laser Therapeutic Apparatus. Oryol: OSTU Publ., 2005. 143 p. (in Russian)
4. Tuchin V.V. Opticheskaya Biomeditsinskaya Diagnostika [Optical Biomedical Diagnostic]. Moscow: FIZMATLIT Publ., 2006. 560 p.
5. Shalobaev E.V., Leontyeva N.V., Monahov Yu.S., Efimenko A.V., Podmasteryev K.V., Dunaev A.V. The use of biofeedback and tomography tools in laser scanning physiotherapeutic settings // Technologies of Living Systems. 2009. N 4. P. 66–72. (in Russian)
6. Shalobaev E.V., Dunaev A.V., Kozyreva O.D. Scan laser therapy with the use of biological feedbacks and mechatronic aspects design of medical devices // Fundamental'nye i Prikladnye Problemy Tekhniki i Tekhnologii. 2014. N 1(303). P. 101–108. (in Russian)
7. Li H., Lin L., Xie S. Refractive index of human whole blood with different types in the visible and near-infrared ranges // Proc. of SPIE – The International Society for Optical Engineering. 2000. V. 3914. P. 517–521.
8. Berlien H.P., Muller G.J. Applied Laser Medicine. NY.: Springer, 2003. 764 p.
9. Douven L.F.A., Lucassen G.W. Retrieval of optical properties of skin from measurement and modeling the diffuse reflectance // Proc. of SPIE – The International Society for Optical Engineering. 2000. V. 3914. P. 312–323.
10. Pushkareva A.E. Metody Matematicheskogo Modelirovaniya v Optike Biotkani [Mathematical Modeling Methods in Optics of Biological Tissue]. St. Petersburg: SPbGU ITMO Publ., 2008. 103 p. (in Russian)
11. Lademann J., Weigmann H.-J., Sterry W., Roggan A., Müller G., Priezzhev A.V., Firsov N.N. Investigation of the aggregation and disaggregation properties of erythrocytes by light scattering measurements // Laser Physics. 1999. V. 9. N 1. P. 357–362.
12. Brankov G. Basics of Biomechanics. Moscow: Mir Publ., 1981. 254 p.
13. Parashin V.B., Itkin G.P. Biomechanics of Blood Circulation. Moscow: Bauman MSTU Press, 2005. 224 p. (in Russian)
14. Zherebtsov E.A. Metod i ustroystvo metrologicheskogo kontrolya sostoyaniya priborov lazernoy doplerovskoy floumetrii. Avtoref. diss. [Method and device for monitoring the status of metrological laser Doppler flowmetry instruments. Ph.D. theses]. Orel: State University ESPC, 2013. 16 p.
